動力學問題典型錯誤的教育心理分析

白石

動力學問題是物理教材的重點和難點。在教學中可以發現，學生對動力學問題的認識有其普遍規律。為什么不同教師施教的學生在學習動力學時發生的錯誤基本相同？為什么不同界的學生對動力學的模糊認識基本相似？這只能用動力學規律的共性及學生心智活動的共同心理規律加以解釋?；谝陨险J識，注意從學生的反饋信息中收集他們在解決動力學問題時存在的普遍問題，對教育過程中學生產生錯誤的共同心理現象進行研究，會收到事半功倍的效果。

學生在解決動力學問題時，有以下幾方面傾向值得注意。1、許多學生對物理概念、規律、公式記得很熟，但卻不能通過思維把握所研究問題的實質，不能把研究的問題納入到相應的知識系統中去。當他們處理比較具體的物理問題時，不善于根據各種可能變更的情況，舍去非本質因素，不能從問題中抽象出合理的、可用規律公式解決的物理模型。他們對所研究的物體何種情況可以看成質點，何種情況不能看成質點常常把握不定；對什么情況下必須考慮重力，什么情況下可以忽略重力感到含糊不清。在學習萬有引力這部分內容時，學生對“物體的重力并不等于地球對物體的引力”這一結論表示懷疑。他們認為，這種講法與靜力學中“重力的方向指向地心”的說法相矛盾。產生這種疑問的根本原因是物理模型中是否應該考慮地球自轉弄不清楚。學生不能靈活的根據實際情況從不同角度抽象物理模型。這種心理障礙使他們對以上這類問題認識不清。

2、學生往往不善于分析、綜合所研究問題中物體間的相互聯系。動力學問題的核心，在于對研究問題中涉及的物體各力學量進行分析與綜合，找出它們的聯系，確定解題各環節中的研究對象。實際表明，由于學生綜合能力與分析能力較弱，因而比較難于理清物體系整體和物體個體之間的關系，進而不能從復雜的問題中找出研究的對象。比如學生作過這樣一道題：一根輕質彈簧上端固定，下端掛一質量為m的平盤。盤中有一物體，質量為M。當盤靜止時，彈簧長度比自然長度伸長了L。今向下拉盤使彈簧再伸長⊿L后停止。然后松手放開。設彈簧總處在彈性限度內，剛剛松手時盤對物體的支持力等于多少？學生在解決這個問題時，在選取研究對象上表現出以下兩種心理障礙：一種是將物體和平盤始終連為一個物體；另一種是將物體和平盤始終隔離研究。前者無法得出結果，后者則難于得到結果。只有頭腦靈活、思路開闊的學生容易從整體和局部對象研究的結合上敏捷的找到解題思路：先將物體和平盤“合”在一起求放手時的瞬時加速度，再將物體和平盤“分”成兩份求此時平盤對物體的支持力。但一般學生較難產生這種思維形式。

3、由于學生日常經驗的負遷移作用，學生難于將生活經驗表現為一個整體過程的動力學問題分開考慮。譬如，在日常生活經驗中錘子把釘子釘入木板是一個整體運動過程。雖然學生學了動量守恒和動量定理，但他們總不容易把錘子和釘子的作用看作一瞬間碰撞過程，而把釘子克服木板阻力進入木板看成另一分過程，結果使他們把這類復雜的多過程問題錯誤的簡化。

4、學生綜合分析問題能力的差異也是影響解決力學問題的重要因素。解決動力學問題的途徑較多，各種途徑的適用條件及研究對象的鑒別又較為復雜。在解決綜合問題時能力差的學生對選擇哪種途徑解決問題常常感到棘手，表現為缺乏明確的目的性，喜歡靠盲目的嘗試與猜測去探求解題的途徑。

5、習慣思維的影響也是學生解決較為綜合的動力學問題的一種心理障礙。這也是目前教學研究中討論較多的“思維定式”問題。一般說來，學生思維都有先入為主的習慣，這樣，先掌握的知識對后繼的學習內容有可能產生不良的干擾作用。如牛頓運動定律結合勻變速運動公式是解決動力學問題的起步方法，學生掌握較為牢固，但隨著知識的深化，這種思維定勢的學生在解決變加速運動問題時，也不適當的運用這種解題模式，甚至部分學生不去判斷物體運動的類型就選用它去解題。這除了說明學生對勻變速運動公式的適用條件缺乏認識外，也說明定勢的心理因素對思維的影響。

6、學生對知識的理解要經歷不同階段。學生和教師對這種階段性的認識模糊，也會給動力學問題的解決帶來困難。大家知道，參照系是研究物體運動的前提。教師如果不在教學中強調現階段的定律、公使只能在靜止或勻速運動的參照系成立的話，學生就會產生錯誤。比如，對在圓盤上與圓盤相對靜止的物塊的受力分析問題就會感到困難，對船上的人與浮在水面的船相互作用而運動時不選船作參照物也會感到困惑，他們甚至會在一個公式填上選用不同參照系的狀態量而使解題錯誤。

7、學生物理量概念不清也是影響解決動力學問題的重要因素。主要涉及以下內容：

（1）定義式與決定式的區別和聯系；

（2）改變量與變化量的區別和聯系；

（3）狀態量與過程量的區別和聯系；

（4）瞬時量與平均量的區別與聯系；

（5）矢量與標量的區別與聯系；

8、學生認識個別問題屬性較易，認識某一類問題的共同屬性較難。能量關系是動力學問題的主線，學生往往不能從能量傳遞和轉化的角度看待各種多質點相互作用的問題。在教學中學生做過這樣一道題：“一質量M為0.8千克的物塊放在光滑水平面上，先用銷釘固定。一質量m為0.2千克的子彈，以200米/秒的速度水平射向物塊，子彈穿出時速度為100米/秒。然后拔除銷釘，子彈仍以200米/秒的速度水平射向物塊，求物塊和子彈的最終速率?！睉撜f，這是一道綜合程度較高的動力學問題。開始學生感到對此題無法下手。一旦教師引導大家將該題兩種設計情況的能量關系理清，他們馬上對問題的解決得心應手。該題的整個能量關系是這樣的：

物塊固定時子彈的初動能：子彈射出后動能（保留）、子彈與物塊系統的內能（轉化）；

物塊自由時子彈初動能：子彈射出后動能（保留）、物塊的終了動能（傳遞）、子彈和滑塊系統的內能（轉化）；

9、學生解決動力學問題的能力還取決于掌握這些內容所必需的基本知識。教學中系統性原則要求教學循序漸進，原因是后學的內容必須有先學的知識開辟道路。眾所周知，對物體準確地進行受力分析是解決各種力學問題的基礎。此外對物體運動過程中外力做功的分析同樣重要?；A知識較差的學生不能根據物體運動的具體物理過程確定外力做功的正負，功的多少，不能區別各種不同性質的力作功的特點：哪些力做功與路徑無關；那些力做功與路經有關；那些力不管在什么情況下都不做功。教學實踐表明，學生對這些基本知識掌握比較薄弱，給動力學規律的運用造成障礙。

10、理解物理規律本身就是一個復雜的心理智力活動過程。學生對動力學規律本身含義沒有徹底掌握，也是出現錯誤的原因。牛頓第二定律、動能定理、動量定理都是從合外力效應的角度從幾個方面描述物體運動規律的，實際使用中學生長將“合”丟掉，造成解題錯誤。此外他們往往容易將動能定理和功能原理的公式混淆。這說明認識物理規律要注重抓特點，只有將其基本特征深入地把握住，從與實際結合上下功夫，而不是局限于抽象理論，才能消除學習這部分知識的困難。